鑄造技術(shù)Vol 32 No 4FOUNDRY TECHNOLOGYApr.2011輥切工藝研究紀(jì)安平(北方激光科技集團(tuán)設(shè)計(jì)研究所,江蘇揚(yáng)州225009)摘要:研究了冷彎成型工藝中一種新工藝一輥切技術(shù),通過對(duì)其成型過程的分析,指出了輥切軋輥設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)及其影響因素,并提出了合理化設(shè)計(jì)的方式方法。在理論和數(shù)值分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用分析結(jié)論設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)過程中軋輥的參數(shù),通過實(shí)驗(yàn),得到輥切過程中札輥設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)處理方法,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義關(guān)鍵詞:輥切;有限元;冷彎成型中圖分類號(hào):TG33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-8365(2011)040546-04Research of Cutting by Rollforming ProcessJI An-ping( Northern Laser Technology Group, Yangzhou 225009, China)Abstract: This paper proposed a new molding method how to produce the overlap in cutting rolls byrollforming process, and studied the intermittent cyclical steel cutting with roll. At the same timethe paper proposed the design of experiments according to our theoretical analysis. The experimentsdemonstrate how to design the key point of the process is rationalKey words: overlap in cutting rolls; Finite element; Rollforming冷彎成型是一種節(jié)材、節(jié)能、高效、先進(jìn)適用的金屬成型工藝。冷彎成型中帶材的間斷性在線切縫是冷彎成型中一種新工藝,這種新工藝增加了冷彎成型產(chǎn)品種類。但由于輥切工序中的軋輥設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,設(shè)計(jì)參數(shù)影響因素多,對(duì)這種技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)際帶來定不便本文從工程實(shí)際出發(fā),研究輥切工序中軋輥設(shè)計(jì)的主要參數(shù),為輥切技術(shù)應(yīng)用于冷彎成型工藝中做實(shí)圖1輥切原理圖用技術(shù)探討。Fig 1 Cutting by rollforming冷彎成型中輥切原理片的橫向間隙(M)。軋輥在線切縫T藝,其關(guān)鍵過程是帶鋼在通過輥帶材的在線間斷性切縫工作過程分析如下:要滿足縫的過程中發(fā)生了剪切變形。其過程還包含了彈性變目日的在軋輥的輥刃設(shè)計(jì)必須為間歇性設(shè)計(jì)。但是在設(shè)形、塑性變形、帶材開裂裂紋擴(kuò)張、材料斷裂。在彈性計(jì)開口與輥切刃部分如何過渡才能使得型材成型質(zhì)量變形階段,上下軋輥輥刃擠壓帶鋼,使帶鋼產(chǎn)生彈性變高表面光潔度、平整度好,是軋輥設(shè)計(jì)的又一關(guān)鍵因素形,達(dá)到屈服極限后金屬內(nèi)部發(fā)生塑性變形,得到光亮工作過程如圖2,若為尖點(diǎn)過渡,A點(diǎn)與板材接觸的切斷面;剪切繼續(xù)進(jìn)行,在輥刃口處產(chǎn)生應(yīng)力集中并到將板材頂起直到上輥配合的過程中,A點(diǎn)的軌跡為誘發(fā)微小裂紋產(chǎn)生,上下裂紋迅速擴(kuò)展、重合、帶鋼斷圓弧,其運(yùn)動(dòng)過程直到C點(diǎn)才會(huì)脫離與帶材的接觸,開、剪切過程完成(。其過程示意如圖1所示這個(gè)過程中,上輥與下輥對(duì)板材形成的壓力使得板材計(jì)輥切軋輥的過程中關(guān)鍵參數(shù)有:輥徑(D),與凹輥部分的輪廓A點(diǎn)所代表的線輪廓形成的尖角咬人角(a)、切分輥中的配合輥片重疊量(△)及配合輥會(huì)與板接觸并受力,這將會(huì)產(chǎn)生輥傷。中國煤化工計(jì)中主要參數(shù)包含收稿日期:2011-01-29;修訂日期:2011-02-22作者簡介:紀(jì)安平(1983),四川南充人,助理工程師,碩士研究生,主D,aCNMHG寬度決定的,而咬入要研究方向:冷彎成型 CAD/CAF/CAM技術(shù)角(α)可以由輥徑(D)與配合輥片重疊量(△)計(jì)算得Emailjapmail721163.com知。所以,輥切工序中影響產(chǎn)品成型質(zhì)量關(guān)鍵參數(shù)主《鑄造技術(shù)》4/2011紀(jì)安平:輥切工藝研究547本文所做設(shè)計(jì)的板厚材料都已定,材料屈服強(qiáng)度為235MPa,板材厚度為0.9mm,屬于薄板材,據(jù)圖3所示關(guān)系,參考剪切側(cè)向間隙經(jīng)驗(yàn)公式M=(0.03~下輥轉(zhuǎn)動(dòng)過程中0.05)h,其中h為板厚,計(jì)算可得M=(0.027~材所處不同的位置0.045)mm。利用前面所講到的剪切間隙影響的是剪切力和斷面形狀,因此,這里取輥切側(cè)向間隙值為0。雖然增大了剪切力和對(duì)加工精度的要求,但是能獲得較好的斷面形狀。圖2間斷性輥切2.2輥片重疊量(△)Fig. 2 Intermittent cyclical steel cutting with roll軋輥配合切縫輥片重疊量(△)目前并未有成熟的要有配合輥片重疊量(△)配合輥片的橫向間隙(M)理論與研究,本文也將通過用實(shí)驗(yàn)的方法來研究其存及輥刃與開口部分的過渡設(shè)計(jì)。在的規(guī)律,將針對(duì)小型的板厚取重疊量△=0.6、0.9本文實(shí)驗(yàn)選用的材料是0.9mm厚的鍍鋅板(SC1.5mm,分別做數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)研究。CC),該材料是常用的冷彎型鋼材料,具有研究的普遍性。2.3輥刃與開口部分的過渡設(shè)計(jì)2.1配合輥片的橫向間隙(M)輥刃和開口部分過渡部分,在軋輥運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是軋輥配合輥片橫向間隙(M)可以參考對(duì)于圓盤剪與帶材受力漸進(jìn)的一個(gè)過程,若其間采用曲線的方式剪刃間隙的設(shè)計(jì),對(duì)于不同的剪刃間隙,剪切力剪刃行過渡,有利于表面成型質(zhì)量,但怎樣過渡,尚需探討程曲線基本相同。不同間隙所需要的剪切力是不同的。前已分析,尖點(diǎn)過渡將會(huì)產(chǎn)生輥傷現(xiàn)象。本文將采用同時(shí),當(dāng)間隙在小范圍變化時(shí),剪切力變化不大。這說圓弧、拋物線、余弦曲線、漸開線來做實(shí)驗(yàn)探討。圓弧明在一定的間隙變化范圍內(nèi)間隙對(duì)剪切力的影響小于曲線設(shè)計(jì)是以輥徑最小輥片的最高點(diǎn)為基準(zhǔn)做直線與其他因素。間隙增大時(shí),大大增加了塑性變形區(qū)域,不軋輥外輪廓曲線在切分節(jié)點(diǎn)附近有交點(diǎn),以二者的中利于剪切的進(jìn)行,使所需的剪切力增加。但同時(shí)也使變間點(diǎn)為坐標(biāo)中點(diǎn),以該直線為X軸,垂直方向?yàn)閅方形區(qū)拉應(yīng)力成分增加,更有利于裂紋的擴(kuò)展,剪切力反向做圓方程。共取3點(diǎn)確定曲線方程,分別是X軸與而可能下降。這兩方面的綜合作用使剪刃間隙在一定軋輥輪廓曲線的兩個(gè)交點(diǎn)與點(diǎn)(0,0.7),可以確定圓方范圍內(nèi)對(duì)剪切力的影響不大。增大剪刃間隙后在鋼板程為的剪切斷面形成“毛刺(bur)”和“塌角( draw-in)”,可見x2+y2=68.9剪刃間隙的變動(dòng)影響更多的是剪切質(zhì)量以同樣的方法做拋物線、余弦曲線、漸開線方程以有限元分析的方法對(duì)板材剪切加工中的間隙值分別為:進(jìn)行了優(yōu)化,認(rèn)為當(dāng)產(chǎn)生裂紋的起始點(diǎn)的最大剪應(yīng)力方向與刃口連線方向(裂紋擴(kuò)展方向)一致時(shí),得到的y=-3x+1(2)間隙為上下剪刃最佳間隙2。瑞典SSAB公司用實(shí)驗(yàn)y=0.7cos(0.53x)(3)的研究方法對(duì)剪切間隙做了一些很有價(jià)值的研究,認(rèn)r=cos0+sin)(4)為其主要影響因素是板厚和材料的屈服強(qiáng)度。其得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖如圖3所示。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖43輥切道次重疊量數(shù)值分析3.1分析模型建立及簡化本文采用 ANSYS/ LS-DYNA模塊建立了輥切工藝過程的有限元模型,動(dòng)態(tài)模擬了帶材的輥切過程該過程涉及塑性、接觸及斷裂等多重非線性問題。分析中采用了 Cockroft8. Lathem準(zhǔn)則,它是基于應(yīng)力應(yīng)變3004005006007008(0中國煤化工計(jì)算過程選取軸邊屈服強(qiáng)度/MPH圖3剪切間隙與材料的屈服強(qiáng)度及板厚的關(guān)系CNMHG計(jì)+算軋輥整周長的ig.3 Relationship between Shear clearance and strength帶材,極大地增加了計(jì)算運(yùn)算量,本文數(shù)值計(jì)算重點(diǎn)在輥切,所以將其簡化為輥切過程。輥切道次軋輥采用Vol, 32 No 4FOUNDRY TECHNOLOGYAp.2011的材料是45Cr,其他道次采用的是軸承鋼,而帶材采與利用有限元軟件計(jì)算結(jié)果接近,誤差在8%用的是0.9mm鍍鋅板(SCCC),設(shè)置軋輥均為剛體,以內(nèi)帶材為變形體4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析3.2計(jì)算結(jié)果及分析整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)輥片共73個(gè),加工模具73個(gè)。實(shí)仿真結(jié)果如圖5所示,在斷裂仿真中,采用了單元驗(yàn)材料采用61.5mm寬,0.9mm厚的鍍鋅板(SC-刪除法,根據(jù) Cockroft(& Lathem斷裂準(zhǔn)則,將那些達(dá)CC)帶材。加工出實(shí)驗(yàn)?zāi)＞哐b配在機(jī)組上如圖7到斷裂臨界值的單元?jiǎng)h除,取其相鄰單元的邊作為新所示。的邊界。圖4輥切后Mses應(yīng)力圖Fig 4 Relationship between Shear clearance and strength圖6輥切道次實(shí)驗(yàn)and thicknessFig 6 Experiments of cutting by rollforming不同重疊量的輥切過程所對(duì)應(yīng)的最大輥切應(yīng)力也4,1輥片重疊量(△)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析不同,其結(jié)果如圖6所示。圖6說明,在一定范圍內(nèi)隨著重疊量的增加輥切力減小。經(jīng)過試驗(yàn),三種不同的重疊量切分?jǐn)嗝嫘螤畎粗丿B量為1.5、0.9、0.6mm排列放在一起,當(dāng)重疊量逐次遞減的時(shí)候,整個(gè)切分?jǐn)嗝嬷泄饬翈ё兓?但是連276續(xù)、平直性越來越好,毛刺也越來越小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,輥式切分的重疊量減小,斷面的形狀變好。將有限元分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與重疊量結(jié)合分析,結(jié)果如圖8。245.60.6091.6280.2軋混重疊量/mm圖5輥切力與重疊量關(guān)系圖Fig 5 Relationship bet ween stress and overlap3.3經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算及分析器重疊量不同要求的剪切力也不一樣,輥式剪切力計(jì)算可以利用“諾沙里”公式進(jìn)行計(jì)算。即p=82(0.4+0.軋輥重疊量/mm(5)圖7重疊量與剪切力及斷面形狀關(guān)系圖式中:E為相對(duì)切入深度,b為強(qiáng)度極限,h為板厚,aFig.7 Relationship between overlap and shear stress and為咬入角。scction咬人角a由式(6)確定:從上圖可知,在加工材料板厚確定,輥切重疊量對(duì)h+△剪切力與輥切斷面好壞有關(guān),重疊量增大可以改善斷cosa(6)面形狀,但是會(huì)增大剪切力。實(shí)際設(shè)計(jì)可在這二者中式中:h為帶材厚度。做出合理的安排,取其二者間最優(yōu)組合。當(dāng)重疊量分別為1.5、0.9、0.6mm咬入角a分別4.2兒斗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析為:17°、14、13°。強(qiáng)度極限=235MPa,板厚h=中國煤化工示表面明顯不0.9mm,相對(duì)切入深度可參考圓盤剪設(shè)計(jì)中對(duì)相對(duì)切樣。CNMHG配確定那兩種曲線入深度的考慮,查表可得E=0.41,分別計(jì)算剪切力分所對(duì)應(yīng)的是網(wǎng)面那一側(cè)的切口,對(duì)于單側(cè)的識(shí)別辦法別為:236.1、258.5、268.5N。是通過計(jì)算切口數(shù)的方法來區(qū)分?！惰T造技術(shù)》4/2011紀(jì)安平:輥切工藝研究余弦曲線對(duì)應(yīng)切口表1切縫輥凹口過度曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果漸開線對(duì)應(yīng)切口Tab 1 Comparison of different Curve of experiments result軋輥凹口過度曲線實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)效果拋物線圓弧曲線余弦曲線漸開線曲線很好輥片重疊量(△)、配合輥片的橫向間隙(M)及輥刃與圓弧曲線對(duì)應(yīng)切口拋物線曲線對(duì)應(yīng)切口開口部分的過渡設(shè)計(jì)。為工程實(shí)際提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù),圖8輥后切分實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖Fig8 Comparison of different design of experiments對(duì)輥切工藝應(yīng)用于工程實(shí)際有參考意義從圖中可以看出,余弦曲線與漸開線曲線對(duì)應(yīng)的軋輥輪廓所對(duì)應(yīng)的切口處好于圓弧曲線與拋物線對(duì)應(yīng)參考文獻(xiàn)的切口。最優(yōu)為漸開線輪廓,它對(duì)應(yīng)的切口無論是切[1] George T. Halmos. Roll Forming Handbook.劉繼英,艾正青.冷彎成型技術(shù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社入還是切出都沒有輥傷現(xiàn)象,而余弦曲線對(duì)應(yīng)切口在2009切出的時(shí)候會(huì)有小幅度的凹痕。四種曲線所對(duì)應(yīng)缺陷[2 idha Hambli, Maria Reszka, Fracture criteria identification改善情況如表1所示using an inverse technique method and blanking5結(jié)語experiment [J]. International Journal of Mechanical本文從工程實(shí)際出發(fā),研究了輥切工藝中軋輥設(shè)sciences.2002(44):1349-1361計(jì)的關(guān)鍵參數(shù),輥徑(D),咬入角(a)、切分輥中的配合北京英佳華科技有限公司BEIJING YING JIA HUA KE JI YOU XIAN GONG SI硌礦砂我公司是南非和印度鉻礦的代理經(jīng)銷公司,常年經(jīng)銷南非和印度進(jìn)口鉻礦砂?？捎糜阼T造,耐火材料,引流砂、冶金。該產(chǎn)品質(zhì)地好、耐直接進(jìn)囗,火度高。用于鑄造、鑄件表面光潔度好;用于引流砂,開澆率高。經(jīng)我價(jià)格全國優(yōu)惠,國大中型企業(yè)使用,效果良好我公司經(jīng)銷的鉻礦砂通過SG質(zhì)量驗(yàn)證,技術(shù)指標(biāo)如下備有現(xiàn)貨,Cr,O2>46%SiO,<0.8%雙迎來電治談。Cao<0. 2Cr: Fe=l: 5Cr,O,≥55%SiO,≤0.5%酸耗值:5地址:北京市海淀區(qū)大慧寺19號(hào)院9號(hào)樓耐火度:1850℃郵編:100061粒度:20~70日40~70目電話:010-6211792950~100日20-100目中國煤化工CNMHG70-150目325目:劉晚于150/1283712